师：同学们，今天我们一起学习高二人教版必修三第三单元第五节有机合成第二课时。本节课学习目标如下：第一，通过设计与评价水杨酸合成路线，提炼设计合成路线的注意事项，明确正向合成分析的方法模型，了解合成路线的评价原则；第二，通过分析与模仿，进行不同类型的物质构建，掌握标靶法，分析陌生信息中碳骨架构建和官能团转换。
大家知道，神农尝百草发现柳叶有解热镇痛功效，其有效成分水杨酸直到1838年才被提炼出来，后续又被修饰为乙酰水杨酸，也就是我们熟知的阿司匹林，优化了性能。人类对水杨酸的需求，仅靠从自然中提炼远远不够，人工合成水杨酸势在必行。接下来我们尝试设计合成路线。
如何设计合成路线制备水杨酸呢？上节课我们学到，要从碳骨架、官能团断键、成键位置三个角度对比原料和目标分子差异。先仔细分析目标分子，其碳骨架为苯环，官能团为羧基和酚羟基。我们从常见的有机化工原料，如乙烯、丙烯、1,3 - 丁二烯、乙炔、苯、甲苯、邻二甲苯、酚、丙酮中选两种来合成水杨酸。
根据碳骨架结构相似性，我们可以选用甲苯、苯酚和苯，这些碳骨架是与苯环相关的有机原料。再仔细对比这三个物质与目标分子的官能团差异：苯酚含有酚羟基，需在邻位引入羧基；甲苯要将甲基转化为羧基，并在邻位引入羟基；苯则需要分别引入相应官能团。相较而言，甲苯和苯酚转换为水杨酸所经历的步骤少，所以我们选用甲苯和苯酚。
现在请同学们按暂停键，根据以下信息尝试分别用甲苯和苯酚作为原料，设计合成水杨酸的路线。
以甲苯为原料，对比它与目标分子的结构差异，发现甲苯和邻硝基苯甲酸碳骨架一致。官能团转换具体目标为引入羟基并将甲基转换为羧基，那需要在何种条件下完成转换呢？这就需要调用我们之前学习的官能团转换相关知识。
先看羧基的引入，发现羧基引入有多种方式。考虑到原料为甲苯，故选用高锰酸钾将苯的同系物中的甲基氧化为羧基的方式。再看羟基的引入，苯的同系物无法直接引入羟基，在不改变碳原子数目的情况下，需先在邻位引入碳溴键再进行水解。像这种从原料出发，对比原料和目标分子结构差异，有目的选择每一步转换反应的方法，称之为正向合成分析。正向合成分析方法提炼为：先对比结构差异，明确具体转化目标，再结合所学的官能团引入和转换知识，选择合适转换路线。
接下来请同学们评价老师展示的其他同学书写的有机合成路线，判断每一步转换是否正确。
观察发现，A同学合成路线一不对，羧基也会与氢氧化钠反应，所以第三步中羧基会变成羧酸钠，后续酸化才能得到产物。从这个错误中，我们能总结到什么经验呢？我们总结出，在书写合成路线时，应当留意同一条件下是否有多官能团同时反应，这样才能确保每步转换正确。修正后此路线合理。
请同学们再看看B同学书写的合成路线，同样判断每步转换是否正确，若错误如何修正？观察发现，含羧基的苯环卤代多为间位卤代产物，若先氧化，则得不到邻溴苯甲酸，而是间溴苯甲酸，所以此路线先后顺序不合理。那么在书写合成路线应考虑同一反应条件下多位点反应，那能否先溴代再水解再氧化呢？请看C同学书写的路线三。
C同学是先水解再氧化的顺序，但他水解氧化后先将羟基变成醚，氧化甲基之后再转换回来，这是为何呢？我们知道苯酚容易被氧化，因此根据参考信息将其转换为官能团不受该反应影响的醚，防止苯酚被高锰酸钾氧化。
总结以上路线，我们可以发现甲苯制备水杨酸有两条合理路线，分别为路线3和路线一。我们把路线3这种通过引入保护基团，将官能团转换为不受该反应影响的其它官能团，反应后脱保护基团复原的方式称之为官能团保护。那为何合成路线一不需要考虑官能团的保护呢？观察可发现，路线一是先卤代再氧化再水解出酚羟基，酚羟基不经历高锰酸钾氧化过程，故不受影响。由此我们可以总结，官能团保护可以通过引入保护基团方式或者调节转换顺序的方式。
若原料为苯酚，如何在苯酚的邻位引入羧基呢？根据所学知识，酸性高锰酸钾氧化甲基可得到羧基，但苯酚中碳骨架只有苯环没有甲基，所以还需引入甲基才能将其转换为羧基，而我们没学过甲基引入方式，故仔细查阅信息。信息一介绍，酚钠可以在加压加热情况下与二氧化碳反应，引入羧酸钠，酸化之后就能得到产物。D同学按照此信息书写了合成路线四，先将苯酚转换为苯酚钠，再根据信息书写后续转换。信息三是苯环引入甲基，E同学书写合成路线，先利用信息三在苯环邻位引入了甲基，再用高锰酸钾氧化。这里为何又用碘甲烷先将酚羟基转换为醚，再用碘化氢复原酚羟基呢？以甲苯为原料制备水杨酸的时候我们就总结到，苯酚在高锰酸钾作用下同样会被氧化，因此需要官能团保护。
接下来我们小结一下刚刚用到的方法——正向合成分析。首先应从碳骨架、官能团对比原料和目标分子的结构差异，然后再选择条件准确、顺序合适的转化路线，尤其注意同一条件下是否多官能团同时反应，若有，则需要进行官能团保护；同一条件下是否多位点反应，若有，则需要注意合适顺序。
可以发现制备水杨酸有多种转换方式，那如何选择最佳路线呢？有机转换中每步都有一定的转化率，总的转化率会随着步骤的增加而减少，所以我们可以优选第四条路线，因其合成步骤最为简洁。此外，合成路线一和五会用到液溴和高锰酸钾，成本较高，试剂有污染。查阅文献可发现，工业上确实采用这种方式。
总之，合成路线评价可遵循绿色化学理念，即体现在以最低的经济成本和环境代价得到目标产物，具体是步骤简单，副反应少、反应产率高；原料、溶剂、催化剂尽可能廉价，易得，低毒；反应条件温和，操作简便，产物易于分离、提纯。